p Engenheiros de materiais não gostam de ver defeitos de linha em materiais funcionais. p As falhas estruturais ao longo de uma linha unidimensional de átomos geralmente degradam o desempenho dos materiais elétricos. Então, como um artigo de pesquisa publicado hoje pela revista Ciência relatórios, esses defeitos lineares, ou deslocamentos, "geralmente são evitados a todo custo."

p Mas às vezes, uma equipe de pesquisadores da Europa, A Universidade Estadual de Iowa e o Laboratório Ames do Departamento de Energia dos EUA relatam nesse artigo, a engenharia desses defeitos em alguns cristais de óxido pode, na verdade, aumentar o desempenho elétrico.

p A equipe de pesquisa - liderada por Jürgen Rödel e Jurij Koruza da Universidade Técnica de Darmstadt, na Alemanha - descobriu que certos defeitos produzem melhorias significativas em duas medições principais de desempenho elétrico no titanato de bário, um material cerâmico cristalino.

p "Ao introduzir esses defeitos no material, nós podemos mudar, modificar ou melhorar as propriedades funcionais do material, "disse Xiaoli Tan, professor de ciência e engenharia de materiais do estado de Iowa e colaborador de pesquisa de longa data com Rödel.

p Nesse caso, os defeitos de engenharia levaram a um aumento de cinco vezes nas propriedades dielétricas (que restringem o fluxo de corrente) e um aumento de 19 vezes nas propriedades piezoelétricas (que geram internamente um campo elétrico quando sujeito a estresse mecânico), Disse Tan.

p Ferramentas especiais para medidas especiais

p Além do bronzeado, dois outros pesquisadores do estado de Iowa ajudaram a equipe de pesquisa internacional do projeto a explorar questões materiais fundamentais:Lin Zhou, um cientista em ciência e engenharia de materiais e o Laboratório Ames do Departamento de Energia dos EUA; e Binzhi Liu, estudante de doutorado em ciência e engenharia de materiais.

p Com o apoio da National Science Foundation, os três contribuíram com sua experiência em microscopia eletrônica de transmissão - tecnologia que pode mostrar as estruturas e características dos materiais disparando um feixe de elétrons através de amostras finas e gravando uma imagem. As imagens têm resolução muito maior do que a microscopia de luz e podem mostrar detalhes finos na escala de átomos individuais.

p A chave para o projeto era a Instalação de Instrumentos Sensíveis do Laboratório Ames, construído em cooperação com o estado de Iowa. O prédio foi construído em 2015 com quase US $ 10 milhões do Departamento de Energia. Ele fornece um ambiente livre de vibração e estática para microscopia eletrônica nas resoluções mais altas possíveis.

p "É uma instalação de microscopia eletrônica de última geração, "Zhou disse." Ele fornece um ambiente ultra-estável para que possamos obter imagens de material em nível de átomo e, ao mesmo tempo, adquirir informações químicas.

p "É uma ótima plataforma para pesquisar e educar a próxima geração de cientistas de materiais."

p Um material melhor para capacitores?

p Para este projeto, a equipe de microscopia eletrônica quantificou as evidências de que defeitos de linha em um material cristalino podem aumentar o desempenho elétrico, Disse Liu.

p Os números mostraram que "os deslocamentos podem alterar significativamente o comportamento de outras características finas do material, "Liu disse.

p Tan disse que a descoberta pode ter grandes implicações para a indústria de capacitores elétricos.

p Existem centenas de capacitores em seu telefone celular e o mercado para eles é enorme, Disse Tan. O material cerâmico testado neste projeto tem sido amplamente utilizado em capacitores, mas o aumento induzido por defeito no desempenho elétrico pode torná-lo melhor. Também é isento de chumbo e menos tóxico do que outras opções de materiais.

p E entao, os pesquisadores escreveram, esses defeitos de linha projetados podem se transformar em "um conjunto diferente de ferramentas para adaptar materiais funcionais". E essa "colheita funcional" pode ser boa para nossos eletrônicos, e até mesmo nosso meio ambiente e saúde.